Čo robí proporčný ventil? Ako to funguje, prečo na tom záleží a znamenie zlyhania

Mierne naložená dodávka prudko zabrzdí, keď sa do jej jazdného pruhu na mokrom kruhovom objazde zaradí auto. Nos klesá, zadné pneumatiky strácajú priľnavosť a zadná časť sa začína kývať doširoka. Tento výkyvný pohyb je presne tou poruchou, na zastavenie ktorej bol brzdový proporčný ventil navrhnutý.

Proporčný ventil je malý hydraulický komponent, no rozhoduje o tom, akú brzdnú silu môže zadná náprava použiť. Keď je zle prispôsobené alebo rozbité, vozidlo, ktoré by malo zastaviť v priamom smere, sa môže otáčať, skĺznuť do strán alebo mu zastavenie môže trvať príliš dlho.

Čo vlastne robí proporčný ventil

Medzi hlavným valcom a okruhom zadnej brzdy je umiestnený proporčný ventil. Na väčšine osobných a ľahkých nákladných vozidiel je naskrutkovaný na výstupe hlavného valca, namontovaný na ráme alebo zabudovaný do kombinovaného ventilu, v ktorom je umiestnený aj tlakový diferenciálny spínač pre výstražné svetlo bŕzd.

Ventil nie je jednoduchý vypínač. Ide o hydraulický obmedzovač citlivý na tlak so zámerným deliacim bodom zabudovaným do jeho kalibrácie. Jeho úloha sa dá zhrnúť do jedného pravidla:

Počas jemného a mierneho brzdenia ventil umožňuje plnému hydraulickému tlaku dosiahnuť zadné brzdy. Keď tlak v potrubí stúpne za bod zapnutia, ventil obmedzí ďalší prietok, takže tlak v zadnej brzde sa zvyšuje oveľa pomalšie ako tlak v prednej brzde.

V jednoduchom inžinierskom jazyku je zadný okruh „orezaný“ nad nastaveným vstupným tlakom. Pod bodom zárezu sa ventil chová ako rovná rúrka. Nad bodom zapnutia začne ventil klesať percento vstupného tlaku. Krútiaci moment zadnej brzdy je preto pri prudkom brzdení zámerne slabší ako krútiaci moment prednej brzdy.

Táto funkcia sa často zamieňa s posilňovaním bŕzd, moduláciou proti blokovaniu alebo elektronickým riadením stability. Tieto systémy pôsobia na brzdy potom, čo sa koleso už začalo správať nebezpečne. Proporčný ventil funguje pred týmto bodom tak, že tvaruje krivku hydraulického tlaku tak, že v prvom rade je oveľa menej pravdepodobné, že dôjde k zadnému zablokovaniu.

Prečo vozidlo potrebuje limit tlaku na zadných brzdách

Brzdenie nie je len vecou silnejšieho upnutia na pretáčajúce sa koleso. Schopnosť pneumatiky prenášať brzdnú silu závisí od toho, koľko vertikálnej hmotnosti na ňu tlačí. Počas akéhokoľvek silného zastavenia presun hmotnosti dramaticky zmení túto rovnicu.

Predstavte si, že vozidlo spomaľuje dostatočne silno na to, aby sa jeho nos viditeľne ponoril. Predné odpruženie sa stlačí, zadné odpruženie sa odľahčí a značná časť hmotnosti vozidla sa presunie smerom k prednej náprave. Výsledkom je, že zadné pneumatiky majú k dispozícii menšiu priľnavosť, zatiaľ čo predné pneumatiky majú k dispozícii väčšiu priľnavosť.

Ak by brzdový systém poslal rovnaký tlak na každé koleso, zadné brzdy by sa zablokovali ako prvé, pretože by im došla priľnavosť pneumatík oveľa skôr ako predné. Proporčný ventil koriguje túto nerovnováhu tým, že odmieta posielať nadmerný tlak do zadného okruhu.

Čo sa stane, keď sa zadné kolesá zablokujú pred prednými

Koleso, ktoré je zablokované a posuvné, nemá takmer žiadnu bočnú alebo smerovú priľnavosť. To má vážne následky pri núdzovom zastavení v priamom smere:

Zadná časť vozidla môže prerušiť trakciu a otáčať sa okolo prednej nápravy, čo spôsobí pretáčanie alebo švih podobný nožom.
Vstup do riadenia je oveľa menej účinný, pretože zadná náprava už nestabilizuje dráhu vozidla.
Brzdná dráha sa zvyšuje, pretože zablokovaná klzná pneumatika generuje menšiu brzdnú silu ako pneumatika, ktorá sa stále otáča blízko hranice priľnavosti.
Teplo a praskanie poškodzujú zadné pneumatiky, najmä ak vozidlo často jazdí prázdne alebo málo naložené.

Rovnaký princíp platí pre dodávku, pick-up, ľahký úžitkový podvozok alebo osobné auto s prívesom. Čím viac sa mení zaťaženie zadnej nápravy medzi naloženým a prázdnym stavom, tým dôležitejším je správne nakalibrovaný proporčný ventil.

Ako ventil vytvára dvojstupňovú krivku tlaku

Vnútri proporčného ventilu je pružinový piest alebo tanierové usporiadanie. Počas ľahkého brzdenia prechádza hydraulická kvapalina najjednoduchšou cestou cez ventil. Vnútorný piest zostáva mimo svojho sedla a výstupný tlak sa takmer presne zhoduje so vstupným tlakom.

Keď vodič prudšie zabrzdí, stúpajúci hydraulický tlak tlačí na vnútorný piest ventilu. Pri vopred nastavenom tlaku sila z tekutiny prekoná kalibračnú pružinu, piest sa pohybuje a priechod tekutiny je čiastočne uzavretý. Od tohto momentu sa k zadným brzdám dostane iba kontrolované množstvo dodatočného tlaku – často približne 30 až 50 percent dodatočného vstupného tlaku.

Graf tohto správania nie je priama proporcionálna čiara cez celú dráhu pedálu. Ide o dvojsklonovú krivku s ohybom známym ako bod kolena alebo bod rozdelenia. Inžinieri vyberajú tento bod a sekundárny sklon tak, aby zodpovedali rozloženiu hmotnosti vozidla, zdvihu odpruženia, rázvoru kolies a typu zadnej brzdy.

Aby ste si správanie mohli ľahšie predstaviť, vezmite si ventil so zapínaním na 300 psi a sekundárnym tlakovým pomerom 40 percent:

Príklad tlakového vzťahu pre proporčný ventil s bodom zapnutia 300 psi a 40 % sekundárnym sklonom. Skutočná kalibrácia sa líši podľa vozidla.
Vstup hlavného valca (psi)	Výstup zadného obvodu (psi)	Stav ventilu
100	100	Plný prietok
200	200	Plný prietok
300	300	Bod rezu
400	340	Obmedzený tlak
500	380	Obmedzený tlak
600	420	Obmedzený tlak
800	500	Obmedzený tlak

Presné čísla sa líšia od jednej rodiny vozidiel k druhej, pretože zadné bubnové brzdy, zadné kotúčové brzdy a ťažké zadné nápravy potrebujú rôzne profily tlaku. Čo sa nemení, je logika: nad kolenom musí zadný tlak stúpať miernejším tempom než tlak vpredu, takže zadné pneumatiky nikdy nedostanú viac krútiaceho momentu, ako dokážu fyzicky využiť.

Prečo ABS nerobí proporčný ventil zastaraným

Protiblokovacie systémy monitorujú rýchlosť kolies a uvoľňujú brzdný tlak, keď sa koleso začne blokovať. Znie to podobne ako práca proporčného ventilu, ale tieto dva komponenty fungujú v úplne odlišných bodoch procesu brzdenia.

ABS reaguje na koleso, ktoré už stratilo priľnavosť. Proporčný ventil bráni zadným kolesám dosiahnuť túto nebezpečnú úroveň v prvom rade pri väčšine normálnych a miernych panikových zastávok. Keď sa ABS aktivuje, proporčný ventil je stále dôležitý, pretože určuje hydraulickú základnú líniu, z ktorej musí modulátor ABS pracovať.

Vozidlo s ťažkým brzdovým pedálom, lepkavými zadnými brzdami alebo nesprávne nakalibrovaným ventilom prinúti systém ABS pracovať oveľa tvrdšie, ako bolo zamýšľané. Výsledkom sú dlhšie brzdné dráhy, väčší hluk a pulzovanie pedálov a zbytočné opotrebovanie čerpadla ABS a ventilov modulátora. Správne fungujúci proporčný ventil udržuje hydraulický základ vyvážený, takže elektronické systémy musia zvládnuť len posledných pár percent preklzu kolies.

Ako sa rovnaká logika objavuje v úžitkových vozidlách so vzduchovým brzdením

Väčšina výsledkov vyhľadávania o proporčných ventiloch pochádza zo sveta osobných automobilov, pretože hydraulické brzdové okruhy používajú presne tento názov komponentu. Technici, ktorí pracujú na ťažkých nákladných autách a autobusoch, vidia rovnaký problém – zablokovanie zadnej nápravy, keď je vozidlo málo zaťažené – ale riešenie v plne pneumatickom brzdovom systéme je navrhnuté s iným hardvérom, ako sú regulačné ventily snímajúce zaťaženie a reléové ventily.

Reléový ventil v systéme vzduchovej brzdy prijíma malý riadiaci tlak z ventilu nožnej brzdy a používa ho na uvoľnenie stlačeného vzduchu zo zásobníka priamo do brzdových komôr. Neznižuje tlak presne rovnakým spôsobom ako hydraulický proporčný ventil, ale vykonáva rovnaký druh vyvažovacieho úkonu pre usporiadanie ťažkého vozidla: skracuje čas odozvy, formuje nárast tlaku na zadnej náprave a musí byť prispôsobený konfigurácii nápravy a rozsahu zaťaženia vozidla.

Pre technika pohybujúceho sa medzi triedami vozidiel je metóda riešenia problémov užitočnejšia ako názov komponentu. Ak ľahko naložený nákladný automobil zablokuje zadnú nápravu počas prudkého zastavenia, inšpektor skontroluje, či je brzdový ventil na tejto náprave správne namontovaný, či je nastavený zdvih tlačnej tyče a či tlak dodávaný do zadných komôr zodpovedá zamýšľanej charakteristike. Praktické pozadie v rodinách pneumatických brzdových ventilov pomáha objasniť, kde sa hydraulický a vzduchový systém navzájom nezhodujú.

Keď si tímy údržby objednajú náhradné jednotky pre vzduchom brzdené úžitkové vozidlá, často sa namiesto prestavby kaziet na vozidle používajú kompletné súpravy reléových ventilov, pretože kryt, kalibrácia a montážny hardvér sa vyberajú spoločne pre konkrétne usporiadanie nápravy.

Complete Relay Valve Kit for Pneumatic Brake Systems

Kompletná súprava reléového ventilu pre pneumatické brzdové systémy Táto súprava obsahuje puzdro, kalibráciu a montážne komponenty pre vzduchom brzdené úžitkové vozidlá a ponúka náhradu pripravenú na inštaláciu, ktorá je v súlade so špecifickým usporiadaním náprav a pomáha predchádzať nezrovnalostiam pri kalibrácii. Zobraziť produkt →

Rovnaký štandard prispôsobenia ventilu vozidlu platí bez ohľadu na to, či je okruh naplnený brzdovou kvapalinou alebo stlačeným vzduchom. Nesprávna kalibrácia nie je len problémom výkonu; je to bezpečnostné riziko, ktoré sa objaví v najhoršom možnom momente.

Symptómy zlyhania proporčného ventilu

Proporčný ventil zvyčajne zlyhá jedným z troch spôsobov: zasekne sa v úplne otvorenej polohe, úplne zablokuje zadný okruh alebo unikne kvapalina cez jeho tesnenia. Každý poruchový režim vytvára osobitnú sťažnosť na jazdu.

Zadné kolesá sa pri prudkom brzdení zablokujú. Keď je ventil zaseknutý otvorený, neobmedzuje zadný tlak nad bodom zapnutia. Zadná náprava dostáva príliš veľa brzdného momentu a zadná časť vozidla môže skĺznuť alebo vystúpiť na mokrej alebo suchej vozovke.
Zadné brzdy takmer nereagujú. Ak nečistoty alebo korózia držia vnútorný piest uzavretý, tlak nemôže dosiahnuť zadný okruh. Vozidlo sa pri brzdení nakláňa dopredu, brzdná dráha stúpa a zadné bubny alebo kotúče zostávajú po tvrdom zastavení citeľne chladnejšie ako predné.
Kvapalina unikajúca z tela ventilu alebo jeho spojov. Netesný ventil znižuje hladinu kvapaliny, v priebehu času vytvára mäkký pedál a zanecháva viditeľnú koróziu okolo pretlačeného švu kombinovaného ventilu.
Výstražná kontrolka brzdy zostane svietiť alebo sa opakovane vypne. Mnohé kombinované ventily obsahujú tlakovo-diferenčný spínač, ktorý rozpoznáva rozdiel medzi predným a zadným okruhom. Zaseknutý proporčný ventil môže udržať tento spínač mimo stredu aj po oprave pôvodnej netesnosti alebo poruchy valca kolesa.
Ťah brzdy, ktorý sa objaví iba pri prudkom brzdení. Niektoré proporčné ventily sú v ľahkých komerčných aplikáciách kombinované so zadným článkom snímania výšky alebo zaťaženia. Ak je toto spojenie odpojené alebo zhrdzavené, ventil môže držať nesprávnu kalibráciu a spôsobiť, že vozidlo ťahá na jednu stranu.

Diagnostika proporčného ventilu pred jeho výmenou

Proporčný ventil je zriedka prvou súčasťou, ktorá by mala byť obviňovaná z reklamácie bŕzd. Znečistenie brzdovej kvapaliny, zadreté valce kolies, príliš nastavené zadné čeľuste a opotrebované odpruženie – to všetko spôsobuje podobné príznaky. Najinteligentnejšia diagnostická sekvencia prechádza od jednoduchých kontrol k tlakovým testom.

Skontrolujte, či sú samotné zadné brzdy v dobrom stave. Opravte bubny alebo kotúče, vymeňte opotrebovaný trecí materiál a skontrolujte, či sa valce alebo strmene zadných kolies voľne pohybujú.
Skontrolujte nastavenie zadných brzdových čeľustí. Ak sú ťahané alebo nesprávne nastavené, vytvoria falošný dojem o poruche proporčného ventilu.
Vykonajte kontrolované zastavenie pri nízkej rýchlosti na prázdnom, suchom pozemku. Ak sa zadná časť zablokuje iba pri prudkom stlačení pedálu, chyba je pravdepodobne skôr na strane systému obmedzujúcej tlak než v trecích častiach.
Použite tlakomer. Nainštalujte tlakomer do zadného odvzdušňovacieho otvoru, pevne zošliapnite brzdový pedál a porovnajte hodnotu s tlakom hlavného valca. Zdravý ventil udržuje zadný tlak pod vstupom po bode zapnutia; zaseknutý otvorený ventil dodáva vstupný tlak cez celú cestu.
Skontrolujte, či na telese ventilu nie sú pruhy kvapaliny, korózia a rozdrvené brzdové vedenia. Na kombinovaných ventiloch skontrolujte, či sa tlakový diferenciálny spínač po akejkoľvek predchádzajúcej hydraulickej oprave znova vycentroval.
Vymeňte ventil za jednotku kalibrovanú pre rovnaký rozsah zaťaženia zadnej nápravy a potom odvzdušnite všetky štyri rohy pomocou výrobcom špecifikovanej postupnosti odvzdušňovania.

Údaje o tlaku by sa mali vždy zbierať s plne nabitým brzdovým systémom a pomocníkom, ktorý drží pedál stabilnou silou. Okamžité údaje nasnímané pomocou rýchlopedálových čerpadiel môžu byť zavádzajúce, pretože proporčný ventil potrebuje stabilný vstupný tlak, aby dosiahol čistý bod zapnutia.

Keď všetko funguje, proporčný ventil robí svoju prácu neviditeľne. Vodič jednoducho stlačí pedál, vozidlo sa nakloní dopredu a všetky štyri kolesá sa bez drámy delia o brzdenie. V momente, keď ventil zlyhá, aj inak zdravý brzdový systém sa pri panickom zastavení stáva nebezpečným.

Preto brzdoví inžinieri považujú kalibráciu proporcií za neoddeliteľnú súčasť dizajnu vozidla a nie za príslušenstvo. Či už vozidlo používa hydraulický ventil na pickupe alebo starostlivo zladený reléový ventil nastavený na vzduchom brzdenom komerčnom podvozku, cieľ je vždy rovnaký: udržať zadnú nápravu stabilnú a zároveň nechať predné brzdy robiť ťažkú prácu.